Introducción a las redes de ordenadores by El profe Tomás

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores ÍNDICE 1.

Concepto de red.

Origen de las redes de ordenadores.

Elementos de una red.

Compartición de recursos.

4.1. Definiciones.

4.2. Compartición de Recursos.

a) Principales recursos para compartir.

b) Recursos según la organización de la red.

4.3. Arquitectura cliente-servidor.

a) Seguridad.

b) Modelos de arquitectura cliente-servidor.

Tipos de Redes.

5.1. Por su tecnología de transmisión.

a) Redes de difusión.

b) Redes punto a punto.

c) Diferencias entre las dos tecnologías.

5.2. Por su tamaño.

a) Redes de área local (LAN: Local area network).

b) Redes metropolitanas (MAN: Metropolitan area network).

c) Redes de área extensa (WAN: wide area network).

d) Internet.

Modelos conceptuales.

6.1. Introducción. Protocolos y arquitecturas de protocolos.

6.2. Modelo de referencia OSI.

a) La comunicación.

6.3. Características fundamentales del modelo OSI.

a) Arquitectura OSI.

b) Especificación de servicios OSI.

REDES EN EDUCACIÓN 2

Anotaciones

Capítulo 1 c) Especificación de protocolos OSI.

d) Descripción del modelo.

e) Explicación del modelo.

6.4. Funcionamiento en una red con la pila OSI

6.5. Otros Estándares

a) Módelo IEEE

b) Modelo de referencia TCP/IP. Internet.

Ilustraciones

Anotaciones

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores Las redes de ordenadores son un fenómeno relativamente reciente que, sin embargo, están teniendo un desarrollo vertiginoso, paralelo a la evolución sufrida en este ámbito tecnológico (hardware y software) y, sobre todo, de Internet. Pese a tratarse de una tecnología compleja, su desarrollo ha buscado siempre la transparencia para el usuario y la facilidad en su integración, de manera que en la actualidad son pocos los hogares que no disponen de una conexión a Internet y las empresas o centros educativos que no trabajan sobre una red LAN. En este capítulo vamos a explicar los conceptos más básicos sobre los que se sustentan las redes de ordenadores, los tipos de redes, aspectos elementales sobre tecnologías de comunicación y expondremos el modelo teórico que sustenta la comunicación entre equipos.

1. Concepto de red. En esencia, una red es un conjunto de equipos informáticos interconectados entre sí. En toda red, hay una parte física y otra parte lógica. La parte física, está compuesta por todos los elementos materiales (hardware), y los medios de transmisión. La parte lógica (software), son los programas que gobiernan o controlan esa transmisión y la información o datos que es transmitida.

Ilustración 1: Aula en red. Serie de ordenadores que se comunican entre sí con el fin de compartir sus recursos

De este modo, una red de ordenadores puede ser entendida desde dos vertientes distintas:

•

Conjunto de equipos interconectados con el fin de compartir recursos y transmitir información.

•

Sistema de comunicación de datos entre equipos distintos.

Una red es, en definitiva, como un sistema de dos o más ordenadores (autónomos) que, mediante una serie de protocolos, dispositivos y medios físicos de interconexión, son capaces de comunicarse con el fin de compartir datos, hardware y software, proporcionando así acceso a un mayor número de recursos con un menor coste económico y facilitando su administración y mantenimiento.

Anotaciones

La existencia de las redes de computadores ha facilitado enormemente el trabajo colaborativo y el uso de recursos compartidos, además de crear mecanismos de comunicación mucho más rápidos y eficientes dando origen al concepto de “autopista de la información”. Para los centros docentes supone un gran ahorro de material puesto que permite disponer de periféricos y recursos de hardware más potentes y con mejores prestaciones. Todo ello realizado de forma transparente para el usuario de la red.

REDES EN EDUCACIÓN 2

Capítulo 1 2. Origen de las redes de ordenadores.

1957

Creación de la agencia ARPA

1962

JCR Licklider propone interconexión de ordenadores (ARPA). L. Kleinrock escribe "Flujo de información entre redes amplias de comunicación". MIT

1964

JCR Licklider comienza a trabajar en MIT. Licklider y W. Clarck publican "Online Man Computer Communication"

1965

Paul Barand presenta una propuesta de comunicación de ordenadores mediante conmutación de paquetes

1966

Unión de dos equipos a través de una línea dedicada entre el MIT y el SSD de Santa Mónica. Publicación de "Towars a Cooperative Network of Time Shared"

1969

Origen de ARPANET. Primera comunicación entre ordenadores

El origen y desarrollo de las redes de computadoras está basado en la colaboración de científicos de numerosos campos. Las investigaciones y el trabajo tecnológico se han apoyado en un mundo de ideas creadas por psicólogos, filósofos, economistas, etc. y en la colaboración de organismos gubernamentales, universidades y empresas. Aunque los primeros avances en el estudio de redes de computadoras se dieron en los Estados Unidos, el elemento detonador de todo el proceso es necesario buscarlo en otro país, la URSS. Tras el primer lanzamiento del satélite artificial Sputnik, por parte de la URSS, en los Estados Unidos se abrió un periodo de crisis, se sentían derrotados en la guerra fría y necesitaban una revisión de las políticas de desarrollo científico y tecnológico que se habían realizado hasta entonces. En este marco es en el que surge en 1957 la agencia ARPA (Advanced Research Projects Agency, Agencia de proyectos avanzados de investigación) dependiente del Departamento de Defensa. Evidentemente, sus objetivos estaban vinculados con el desarrollo tecnológico aplicado a la defensa, pues se consideraba altamente peligroso que la URSS fuese por delante en las distintas carreras emprendidas en la guerra fría. A pesar de habernos remontado a finales de los años cincuenta, no se producen verdaderos avances hasta comienzos de la década de los ’60, y estos avances se centran más en aspectos conceptuales que tecnológicos. Así, en 1962 J.C.R. Licklider (psicólogo e informático) en ARPA propuso la interconexión de ordenadores para el desarrollo de trabajo colaborativo entre investigadores. Simultáneamente, en el MIT (Instituto tecnológico de Massachussets) L. Kleinrock escribió el primer artículo “Flujo de información entre Redes amplias de comunicación” sobre tecnología de comunicación por cable mediante conmutación de paquetes, sentando así las bases para la comunicación entre computadores. En 1964 J.C.R. Licklider abandona ARPA y marcha al MIT para trabajar junto a W. Clarck. Fruto de esta colaboración es su publicación “Online Man Computer Communication” donde presentan la necesidad de la colaboración a través del uso de computadoras. Un año después, P. Barand realiza la primera propuesta realmente viable para la utilización de redes de ordenadores basando su comunicación en la conmutación de paquetes.

Ilustración 2: Línea de Tiempo: Desarrollo cronológico de la 1ª Comunicación entre Ordenadores

Anotaciones

Con el patrocinio de ARPA, un año después, dos máquinas situadas en el MIT y en System Developmen Corporation de Santa Mónica se unen mediante una línea dedicada cuya velocidad de transmisión era de 1200bits por segundo. El ordenador del MIT se denominaba XT-2 y el de Santa Mónica AN/FSQ-32.

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores Nota: Un bit es un número que puede tener asociado un valor de 1 ó 0. Es la unidad de transmisión de datos en el mundo de la Informática y de Internet. Como sabemos, el sistema de numeración que sólo emplea unos y ceros es el binario. De manera que un número de ocho dígitos en base dos puede tener un valor máximo de 28, es decir, de 0 a 255 en numeración decimal. Por lo tanto, con ocho bits podemos diferenciar únicamente 256 objetos, de ahí, que para transmitir una letra sean necesarios ocho bits. Si la primera línea dedicada permitía una transmisión de 1200 bits por segundo, se estaban transmitiendo 150 letras por segundo. Comparándolo con la velocidad de una mecanógrafa experta sería 40 veces más rápido. Si lo comparamos con la velocidad de transmisión de un MODEM de 36.900 bits/s sería 30 veces más lento. Con respecto a una línea ADSL podría llegar a ser 800 veces más lento.

A partir de la publicación en 1966 de “Towards a Cooperative Network of Time-Shared” (Hacia una red cooperativa de computadoras de tiempo compartido) por parte de L.G. Roberts del MIT, se sientan las bases para la creación de ARPANET (red de computadores de ARPA) y de la primera red de ordenadores. Tres años después y tras la creación de la primera interfaz para enrutar la comunicación entre distintos nodos (router) el IMP (interfaz Message Processor, Interfaz de mensajes para procesadores), se construye ARPANET, primera red de computadores, constituida por cuatro nodos situados en la Universidad de California-Los Ángeles, el Stanford Reseach Institute (San Francisco, California), la Universidad de California en Santa Bárbara y la Universidad de Utah. La primera comunicación se produjo entre Stanford y UCLA el 20 de octubre de 1969, exactamente tres meses después de que el hombre pisara por primera vez la luna. Se había dado el primer paso para la mayor revolución tecnológica del siglo XX.

bits

Velocidad de transmisión de un MODEM 78.000 73.200 68.400 63.600 58.800 54.000 49.200 44.400 39.600 34.800 30.000 25.200 20.400 15.600 10.800 6.000 1.200

Velocidad de transmisión XT-2 a AN/FSQ-32 Segundos 0 0'5 1 1'5 2 2'5 3 3'5 4 4'5 5 5'5 6 6'5

Ilustración 3: Gráfica comparativa de velocidades de transmisión de datos entre la primera comunicación entre ordenadores y una transmisión vía MODEM.

Anotaciones

Internet, la comunicación entre computadoras, el correo electrónico, el teletrabajo, la videoconferencia, son elementos que se han integrado en nuestra rutina y que van a provocar la mayor revolución cultural que haya expedientado la humanidad en el siglo XXI.

3. Elementos de una red. Para determinar los elementos que componen una red debemos diferenciar entre los elementos físicos y los componentes lógicos. Entendemos por componentes físicos todo el hardware y medios físicos necesarios para la comunicación entre ordenadores. Los componentes lógicos son los protocolos de comunicación y el software que permite esa comunicación. REDES EN EDUCACIÓN 2

Capítulo 1 Resulta evidente que, dependiendo del tamaño de la red y las prestaciones que deseemos que nos ofrezca, estos componentes pueden aumentar en número y complejidad. Para facilitar su comprensión, vamos a centrarnos inicialmente en una red formada por dos ordenadores:

•

Elementos físicos: o

Dos equipos.

Una entrada y salida física de comunicación entre cada uno de los equipos y el medio físico de comunicación.

Un medio físico para la transmisión de datos.

Elementos lógicos: o

Software.

Protocolos de comunicación.

La unión física entre ambos ordenadores podrá realizarse a través de puerto serie, del paralelo, a través de USB o, como es más habitual, a través de un cable de red conectado a un concentrador, aunque si se tratara de dos equipos sólo, se puede hacer a través de un cable de red de tipo cruzado. Esta comunicación entre ordenadores puede acoger tecnologías de última generación como las redes inalámbricas basadas en el estándar 802.11x o las basadas en bluetooth.

Ilustración 4: Dos ordenadores pueden emplear distinto tipo de cable y tecnología para su conexión. Desde cable serie o paralelo a par trenzado, coaxial o USB, sin descartar cualquier tipo de conexión inalámbrica

Cuando nos encontramos con redes constituidas por más de dos equipos, debemos empezar a emplear otros tipos de mecanismos de interconexión. En estos casos, la red estaría constituida por:

•

Ordenadores autónomos.

•

Elementos de interconexión: o

Puertos o adaptadores de red. Permiten la comunicación entre el equipo y el medio físico de comunicación.

Medio físico para el transporte de datos.

Anotaciones

Medios guiados: cable coaxial, par trenzado, fibra óptica, ... Medios no guiados: ondas de radio, infrarrojos, etc.

•

Mecanismos de interconexión: concentradores, conmutadores, puentes, enrutadores, cortafuegos, transceptores, MODEM, MSAU, etc. Los mecanismos de interconexión aparecen cuando es necesaria la comunicación de varios equipos con un nivel de eficiencia alto.

Otros: terminales, acopladores, repetidores, conector RJ45, BNC, etc.

Software de conexión y protocolos de comunicación.

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores 4. Compartición de recursos. 4.1. Definiciones. La arquitectura cliente-servidor es la base para la utilización de los recursos disponibles en una red:

•

Cliente: entendemos como tal cualquier ordenador, conectado a una red, de cualquier tipo.

•

Servidor: es también, un ordenador, conectado a una red, pero que tiene algún recurso que puede ofrecer a la red.

Como vemos estos dos términos son inseparables, el cliente solicita algún recurso y el servidor los ofrece. Es un proceso cooperativo entre cliente y servidor. Normalmente, el servidor es un ordenador más potente y con más recursos que el cliente, pero no siempre es así. Entendemos por recurso:

•

Hardware: distintos periféricos de entrada o salida, impresoras, escáneres, cámaras, sistemas de almacenamiento de datos, etc.

•

Software: cualquier tipo de aplicaciones, paquetes de programas, programas, etc.

•

Información: todo tipo de datos; de texto, numéricos, bases de datos, imágenes, audio, etc

4.2. Compartición de Recursos.

Ilustración 5: Las redes de ordenadores permiten el acceso a recursos de un equipo desde cualquier otro, lo que facilita el trabajo colaborativo y una gestión optimizada de dichos recursos .

Anotaciones

Como ya hemos indicado, una red de ordenadores es, “un conjunto de ordenadores conectados entre sí y que pueden compartir información y recursos”. Es decir, los recursos instalados en un equipo pueden ser utilizados por el resto de equipos y usuarios de la red. Para limitar los accesos de los usuarios se pueden aplicar permisos y políticas.

a) Principales recursos para compartir. Conviene destacar que, de todos los recursos que pueden ser utilizados en una red local, los que nos van a ofrecer mayores ventajas a la hora de ser compartidos son: Unidades de almacenamiento: En una red pueden compartirse, discos duros, unidades de cd-rom, particiones de disco, etc. Proporcionándonos un gran ahorro en la adquisición de estos materiales. REDES EN EDUCACIÓN 2

Capítulo 1 Sin embargo, más importante que este ahorro, es el poder tener la información centralizada, evitando la repetición y la dispersión de estos archivos. Esto facilita el trabajo en común, ahorrando esfuerzo y costos a la vez que se garantiza la seguridad ante pérdidas o deterioro de la información, ya que al estar centralizada, las copias de seguridad son más sencillas de realizar. Servidor de aplicaciones: En lugar de tener una misma aplicación instalada en cada ordenador, es mejor tener una única para todos los que la utilicen. Con esto ahorraremos costes y facilitaremos el mantenimiento (reparaciones, actualizaciones, etc...). En este sentido, son muy importantes las aplicaciones tipo groupware, que son aquellas que se utilizan para trabajar en grupo, por ejemplo: calendarios de grupo, planificación de trabajos de grupo, correo electrónico, etc... El incremento de productividad que esta forma de trabajar conlleva, es obvio. Impresoras: Las impresoras, son uno de los elementos más caros de los periféricos de una red informática, por tanto el hecho de poder minimizar el número de ellas, redunda en un importante ahorro de costes al realizar un uso más racional en la adquisición de este tipo de recursos.

Ilustración 6: Las impresoras son los recursos que más posibilidades y mejor rendimiento ofrecen a la hora de compartirse.

Evitamos tener que trasladarnos con la información de un equipo a otro y ahorramos tiempo y espacio en nuestro aula, centro, etc. Así, podremos adquirir mejores impresoras en lugar de disponer de un mayor número de ellas, aunque de menor calidad. Acceso compartido a Internet. Otra de las grandes ventajas de una red es el poder acceder a Internet a través de un servidor o mediante un acceso compartido. Todos los equipos, empleando una única conexión: RTB, RDSI, ADSL, etc. pueden obtener las ventajas de los servicios de Internet: correo electrónico, FTP, news, WWW, etc.

Anotaciones

Cuando disponemos de un acceso a Internet de este tipo, podemos, además, establecer una serie de medidas de seguridad mediante un cortafuegos que evite el acceso a contenidos inadecuados para el ámbito educativo a la vez que protegemos nuestra red del ataque de intrusos.

b) Recursos según la organización de la red. Según su tipo de organización, podemos tener una red:

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores •

Distribuida: en este caso los recursos estarán distribuidos entre los distintos ordenadores que conforman la red y cada uno podrá, o no, ofrecer a los demás los recursos de que disponga.

•

Centralizada: en este caso los recursos estarán centralizados en un ordenador servidor, y los demás ordenadores accederán a él solicitando sus recursos.

•

Mixta: es una mezcla de ambas, con parte distribuida y parte centralizada. El grado de centralización puede ser variable en cada caso.

Aula informática Secretaría

SERVIDOR

4.3. Arquitectura cliente-servidor. SERVIDOR

La arquitectura de tipo Cliente-Servidor, se caracteriza porque tiene sus recursos distribuidos entre los distintos ordenadores que forman la red y cada uno podrá, o no, ofrecer a los demás los recursos que posea. El grado, menor o mayor, en que estén distribuidos, puede ser muy variable. Esto implica un tráfico por la red, de todo tipo de objetos, no sólo datos. La red se convierte así en un elemento crítico y, con ella, la figura de administrador de la red. El objetivo es proporcionar más potencia al usuario final, con el objetivo de aumentar la operatividad. El hecho de adoptar este tipo de arquitectura, aparte de afectar al entramado de hardware y software, supone cambios en la estructura de funcionamiento de un sistema de información. La arquitectura Cliente-Servidor supone, normalmente, una mezcla de hardware, software y componentes de red, de distintos fabricantes. Por tanto tienen que ser arquitecturas de sistemas abiertos, capaces de utilizar hardware y software de distintos fabricantes, en contraste con los sistemas cerrados, o de un sólo fabricante.

Impresora color

INTERNET

IMPRESORA

Ilustración 7: Observamos como en ésta red existen una serie de servidores que pueden gestionar distintas aplicaciones mientras que en otras dependencias del centro existen redes de igual a igual.

Anotaciones Nota: Los sistemas abiertos son aquellos que, siguiendo unas normas internacionales de estandarización permiten interoperar distintos elementos de distintos fabricantes, de manera que las redes o los mismo equipos puedan crecer y operar con otros equipos sin ningún problema y que una misma aplicación pueda trabajar en equipos de distintos fabricantes. Las instituciones de estandarización con más influencia son la ISO http://www.iso.com/ y la IEEE http://www.ieee.org/portal/index.jsp

REDES EN EDUCACIÓN 2

Capítulo 1 Si se quieren minimizar los costes de software y mantenimiento, el software debería residir en el servidor y, cuando el cliente lo ejecute, cargarlo en su memoria.

Servidor

a) Seguridad. Un tema importante en este modelo es la seguridad. Normalmente los servidores, debidamente configurados por el administrador, son los encargados de pedir las passwords necesarias, de identificar a los usuarios, de conceder los permisos pertinentes para acceder a los distintos recursos, etc.

Datos Aplicación

Solicita

La seguridad es un tema clave a la hora de determinar una arquitectura. Cuando utilizamos un modelo centralizado garantizamos la seguridad desde todos los puntos de vista, sin embargo, cuando empleamos redes entre iguales obtendremos un nivel de seguridad mucho más bajo.

envía

b) Modelos de arquitectura cliente-servidor. •

Modelo basado en servidor: en este modelo los datos residen en el servidor, pero además, hay una serie de procesos que se ejecutan también en él. Las aplicaciones cliente-servidor, en realidad se componen de dos partes, aplicación cliente, que se ejecuta en él, y aplicación servidor, que se ejecuta en el servidor.

•

Las redes “peer to peer” o “punto a punto”, se pueden considerar un caso particular de este tipo de redes. Estas redes no tienen servidores, propiamente dichos, aunque, cada ordenador puede tener algunos recursos y puede ofrecerlos al resto de los ordenadores, o a algunos. En este sentido, se les puede considerar servidores. Aquí, los ordenadores pueden ser tanto clientes como servidores, dependiendo de que soliciten u ofrezcan algún recurso.

•

Basada en correo electrónico (e-mail): todas las funciones son ejecutadas por el cliente y sólo las funciones de mensajería están en el servidor.

•

Base de datos compartida: todas las funciones son ejecutadas por el cliente, pero los datos están en el servidor. El cliente carga la aplicación en su memoria y esta aplicación hace las llamadas necesarias al servidor de datos.

Cliente 1

Cliente 2

Cliente 3

Ilustración 8: En el modelo cliente-servidor, un equipo actúa como servidor del resto prestando, generalmente, las herramientas integradas en el sistema operativo que permiten el control y gestión de la red.

Anotaciones

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores 5. Tipos de Redes. Hay varios criterios por los que se pueden clasificar las redes de ordenadores, según su tecnología, su tamaño, su topología... En este apartado vamos a centrarnos en dos aspectos considerados como fundamentales y que permiten determinar exactamente la situación actual de las redes de ordenadores.

5.1. Por su tecnología de transmisión. Básicamente hay dos tipos de tecnologías de transmisión: redes broadcast o de difusión y redes punto a punto.

a) Redes de difusión. En las redes broadcast hay un único canal de comunicación, compartido por todos los ordenadores de la red. Los ordenadores envían mensajes cortos, denominados tramas, que llegan al resto de los ordenadores de la red (con las salvedades que estudiaremos en el capítulo 2). Sin embargo, esto no quiere decir que todos los mensajes tengan como destinatarios, siempre, la totalidad de los ordenadores de la red.

Ilustración 9: Los ordenadores en las redes de broadcast comparten un mismo medio por cuyo acceso y utilización compiten.

Los protocolos que se utilizan en estas redes deben permitir determinar cuándo un mensaje se envía a todos los computadores o cuándo lo hacen únicamente a uno, del mismo modo, deben preocuparse de controlar que no se produzcan colisiones. En la trama, aparte de la información propiamente dicha, hay un campo que indica el origen y el destino de dicha información. Pudiendo determinarse si el mensaje se envía a todos, a uno, o varios ordenadores en concreto.

Anotaciones

Nota: Es importante entender que las redes de difusión se caracterizan por tener a todos los equipos compartiendo el mismo medio por lo que se deben establecer mecanismos que controlen el acceso de los ordenadores. Este medio compartido permite el envío de mensajes de Broadcast (en inglés esté término se emplea cuando se transmite algo en todas direcciones o se mira alrededor, se dispersan las semillas en la siembra, etc.)de ahí que a las redes de difusión también se les denomine redes de Broadcast.

REDES EN EDUCACIÓN 2

Capítulo 1 Cuando el mensaje se dirige teniendo como remitentes al resto de los equipos de la red estamos enviando un mensaje de Broadcast. En el caso de que un host realice esta operación, todos los ordenadores reciben el mensaje y lo procesan. Sin embargo, si el mensaje no es de Broadcast, al ser un medio compartido y, dependiendo del dispositivo de interconexión, puede que todos los equipos lo reciban, pero, en este caso, si la trama no iba dirigida a él, la ignora. Nota: Para enviar un mensaje de broadcast es necesario utilizar un código de dirección especial, ésta es la dirección de la red, con los campos que corresponden a los host puestos a 1. Dirección de host Mascara de subred Dirección de Broadcast (dec) Dirección de Broadcast (bin)

192 255 192 11000000

168 255 168 10101000

0 255 0 00000000

X 0 256 11111111

Así, la dirección IP más alta que puede tener un host de una red se reserva a los mensajes de Broadcast. También es posible, enviar mensajes a un grupo de ordenadores, esto se conoce como mensaje multicast. En una red se producen mensajes de broadcast en situaciones muy diversas, por ejemplo cuando un ordenador se conecta a una red envía un mensaje de este tipo en busca de un servidor que le pueda asignar una dirección IP, también, cuando desconoce una dirección MAC (dirección de la tarjeta de red del host de destino) de un equipo, envía otro mensaje de Broadcast al resto de los host de su red para que alguno le pueda proporcionar esta información.

Ilustración 10: Un mensaje multicast es aquel que, en una red de difusión, es enviado a varios de los equipos conectados al medio compartido.

Anotaciones

En definitiva, al tratarse de un medio compartido, todos los equipos reciben los mensajes enviados por el resto, sin embargo, estos mensajes pueden estar, efectivamente, dirigidos a todos (mensaje de Broadcast) o sólo a uno de ellos, en cuyo caso el resto de los equipos ignoraría la trama recibida.

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores Analogía: La diferencia entre los mensajes de Unicast, Multicast y Broadcast lo podríamos representar con la siguiente analogía: Nos encontramos en un centro comercial y por megafonía solicitan la presencia del propietario de un vehículo que lo ha dejado mal aparcado. Todo el mundo lo escucha, pero sólo debe responder una persona. Ahora llega la hora de cierre de los comercios, en el centro comercial hay tanto comercios como restaurantes, a través de la megafonía se pide a los comerciantes que cierren sus negocios, este mensaje se dirige a algunas de las personas del centro comercial, pero no a todas, sin embargo, el mensaje es oído por todos.

Sin Multiplexación

Por último, se da un aviso de evacuación porque se ha producido un incendio en uno de los restaurantes. Todas las personas abandonan el centro.

Baja velocidad Con Multiplexación

En este tipo de redes, el problema principal, es la asignación del canal, ya que éste es único, y debe ser compartido por todos los ordenadores. Para solucionar esto, se han creado múltiples protocolos, que pertenecen al nivel MAC (Control de Acceso al Medio). Hay dos métodos: o

Asignación estática: usa la multiplexación, para dividir el ancho de banda del canal entre los ordenadores que lo usan. Es decir, si un canal posee 100 Mb de ancho de banda y disponemos de diez host conectados al medio, éste es dividido en diez partes de 10 Mb, reservando una de ellas para cada uno de los host. Este sistema de asignación permite que cada ordenador no dependa del resto para comunicar aunque, si sólo necesita enviar datos uno de ellos, los otros 90 Mb están desaprovechados. Su mayor ventaja es que se evitan las interferencias y colisiones.

+ Multiplexación mayor velocidad

Ilustración 11: La multiplexación permite d aumentar la velocidad de transmisión mediante la creación de nuevos canales.

Anotaciones

Para pensar: Si en una localidad cada coche pudiera circular únicamente por una serie de calles, nunca encontraría atascos ni otros vehículos que obstruyeran sus vías, pero tal vez, las carreteras estarían infrautilizadas. o

Asignación dinámica: que permite gestionar la utilización de un único medio en función de las necesidades de comunicación de los equipos en cada momento; reparte el ancho de banda más eficazmente. En este tipo de asignación se parte de los siguientes supuestos:

REDES EN EDUCACIÓN 2

Capítulo 1 •

Existe un número de equipos indefinido.

• • •

Sólo se dispone de un canal de comunicación. Si se envían dos mensajes a la vez (tramas) se produce una colisión. Cualquier equipo puede comunicar en cualquier momento o se debe ajustar a unos intervalos determinados.

Imprime documentos

•

Los host pueden observar la red y comprobar si el canal está ocupado. También se puede establecer un sistema en que esto no sea necesario. En función de estos supuestos se han creado distintos protocolos de acceso al medio, en redes Ethernet uno de los protocolos más usados, es CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). El ordenador que quiere transmitir, examina si el canal lo está usando otro, en este caso espera para transmitir. Si hubiera un choque, la transmisión se detendría. El conjunto de normas IEEE 802.3, siguen este protocolo.

Envía documentos Solicita documentos

Analogía: Imaginemos que nos encontramos en un cruce de calles y nos queremos incorporar. Podemos tener un ceda el paso o un semáforo; en el primer caso, miramos para comprobar si no hay tráfico y, en ese caso, nos incorporamos. Si lo que nos encontramos es un semáforo, en esta situación deberemos esperar a que nos de paso. Ambos son dos sistemas de control de acceso al medio

--------Ilustración 12: En las redes de “igual a igual” no existe una gestión centralizada de la red y todos los equipos ofrecen y prestan servicios

b) Redes punto a punto. La otra tecnología, son las redes punto a punto. En este caso, las conexiones son punto a punto, entre pares de ordenadores. Se establece una comunicación directa entre los dos ordenadores.

Anotaciones

Hasta que un mensaje llega a su destino, puede pasar por varios nodos intermedios. Dado que normalmente, existe más de un camino posible, hay algoritmos de encaminamiento (routing), que lo gobiernan. Este tipo de redes, usa dos tecnologías diferentes:

•

Conmutación de circuitos: en las que se establece un “circuito” entre los dos puntos, mientras dura la conexión.

•

Conmutación de paquetes: en las que el mensaje se divide en partes, denominadas paquetes, que se envían independientemente unos de otros, incluso desordenados y por distintos caminos, hasta su destino, donde se debe reordenar y recomponer el mensaje.

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores c) Diferencias entre las dos tecnologías. Generalmente, las redes de área local (LAN), suelen usar la tecnología broadcast, mientras que las redes más extensas (WAN), suelen usar la tecnología punto a punto.

abcde

Las diferencias fundamentales entre las redes que usan tecnología broadcast y punto a punto son:

Broadcast

INTERNET

Punto a punto

Fundamentalmente empleada en redes locales (LAN)

Fundamentalmente empleada en redes de largo alcance (WAN)

El software es más simple puesto que no necesita emplear algoritmos de routing y el control de errores es de extremo a extremo.

Los algoritmos de routing pueden llegar a ser muy complejos. Se necesitan dos niveles de control de errores: entre nodos intermedios y entre extremos.

Para que la estación reciba el mensaje, debe reconocer su dirección en el campo de destino.

La información se recibe. Una vez leído el mensaje se procesa si va dirigido a la estación, o se reenvía si tiene un destino diferente.

Un único medio de transmisión debe soportar todos los mensajes de la red, por lo que son necesarias líneas de alta velocidad (>1 Mbps)

Varias líneas de comunicación pueden funcionar en paralelo, por lo que pueden usarse líneas de baja velocidad (2-50 kbps)

Los principales retrasos son debidos a las esperas para ganar el acceso al medio.

Los principales retardos son debidos a la retransmisión del mensaje entre varios nodos intermedios.

El medio de transmisión puede ser totalmente El medio de transmisión incluye nodos pasivo y por ello más fiable. intermedios por lo que es menos fiable.

edcba

abcde

Ilustración 13: La conmutación de paquetes permite un uso óptimo de las redes de medio compartido ya que evita el colapso del canal de comunicación.

Anotaciones

Se necesitaría duplicar las líneas en caso de La redundancia es inherente siempre que el que se quiera asegurar la funcionalidad ante fallos. número de conexiones de cada nodo sea mayor de dos. Los costes de cableado de la red son Los costes de cableado son superiores, y la menores. Sólo es necesario una tarjeta de estación requiere al menos dos tarjetas de interface por estación. interfaces. Fuente: FACYT (Redes de computadores)

REDES EN EDUCACIÓN 2

Capítulo 1 5.2. Por su tamaño. Por su tamaño pueden dividirse en:

Secretaría y Dirección Departamentos

a) Redes de área local (LAN: Local area network). 1

Son redes privadas con un medio físico de comunicación propio. Se consideran restringidas a un área geográfica determinada: centro docente, empresa, etc. aunque puedan extenderse en varios edificios empleando distintos mecanismos y medios de interconexión. En las redes de área local, la longitud máxima de los cables, que unen las diferentes ordenadores, puede ir desde 100 metros, con cable de par trenzado, hasta algunos kilómetros en segmentos unidos por fibra óptica. La velocidad de transmisión típica va desde los 10 Megabit/s hasta 1 Gigabit/s en la actualidad.

SERVIDOR

IES 2000 INTERNET

b) Redes metropolitanas (MAN: Metropolitan area network). Aula IES

Este tipo de redes es similar en su estructura y funcionamiento a las LAN, si bien ocupan una mayor extensión geográfica y pueden ser públicas o privadas. Disponen de una serie de estándares específicos que las diferencian de las redes LAN y WAN. Uno de estos estándares es conocido como DQDB (Bus Dual de Cola Distribuida) y está adaptado a las características de las redes MAN, que no necesitan elementos de conmutación y dirigen la información empleando dos cables unidireccionales, es decir, un bus doble en el que cada uno de los cables opera en direcciones opuestas. En este tipo de redes no se pueden producir colisiones ya que no es un medio Ethernet, sino que se procuran métodos para el control de acceso al medio, los generadores de tramas emiten de forma regular una estructura de trama que permite la sincronización de los equipos a la hora de transmitir, ya que podrán acceder al medio cuando un contandor interno (sincronizado por la trama enviada por el generador) se ponga a cero.

1 2

Ilustración 14: Red LAN en un instituto.

Anotaciones

Cada nodo recibe la información por un bus de los nodos posteriores y envía por el otro, de manera que puede estar emitiendo y recibiendo información de forma simultánea.

c) Redes de área extensa (WAN: wide area network). Consisten en ordenadores y redes de área local y metropolitanas, unidas a través de grandes distancias, conectando equipos y redes a escala nacional o internacional. La comunicación se consigue mediante routers (encaminadores) y en algunos casos gateways (llamados también convertidores de protocolos o pasarelas). Sus características son:

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores •

Velocidades de transmisión lentas comparadas con redes de área local.

•

Alta tasa de errores, necesitando sistemas de detección y recuperación de errores.

•

Posibilidad de reconfiguración de las redes debido a su menor fiabilidad.

•

Técnicas de almacenamiento y reenvío (Store and Fordward) en los nodos de comunicación.

LAN 4

LAN 1

Están compuestas por un conjunto de nodos interconectados donde los datos son encaminados a través de los mismos desde un emisor hasta el receptor. La comunicación entre los nodos se puede establecer mediante tres sistemas de conmutación:

•

Conmutación de circuitos: Se establece una comunicación dedicada entre los nodos. El camino queda fijado durante toda la llamada se transmitan o no datos. El circuito de llamada se establece de manera similar a una llamada telefónica y se comporta como un circuito dedicado, aunque solo mientras dura la conexión.

LAN 2

LAN 3

Servidor

Nota: La conmutación de circuitos es la técnica que emplean las líneas telefónicas. Cada teléfono está conectado a una centralita, que al recibir la solicitud de llamada hacia un número de teléfono, abre una línea hacia ese número o hacia otra centralita, hasta que se consigue que exista un circuito real de comunicación entre ambos teléfonos. Es decir, la petición de llamada y la conversación ocupan una línea que puede circular por todo el globo, conectando una a una las líneas que unen ambos teléfonos. De ahí que, cuando llame alguien a nuestro teléfono y estemos hablando, no puede acceder a la línea, ya que está ocupada.

Ilustración 15: Red MAN. Está compuesta por una serie de redes LAN interconectadas

Anotaciones

Este sistema sería similar a lo que sucede cuando se desplaza un alto cargo en un vehículo oficial de un lugar a otro. Se establece una ruta entre su domicilio y el lugar al que se desplaza, la policía bloquea todos los accesos a esa ruta y el vehículo oficial realiza el traslado sin que llegue a coincidir con ningún otro vehículo. Una vez que ha finalizado el desplazamiento se vuelven a abrir las carreteras.

REDES EN EDUCACIÓN 2

Capítulo 1 •

Conmutación de mensajes: El emisor añade al mensaje la dirección de destino pasando de un nodo al siguiente sin establecer un circuito físico entre los nodos que se comunican.

•

Conmutación de paquetes: Consigue mejor rendimiento que las anteriores. La información se divide en paquetes -grupos de bits- que tienen una parte destinada a los datos propiamente dichos y otra a las señales de control como son el origen y el destino, los mecanismos de recuperación de errores, etc. Tienen una longitud máxima permitida y si se excede pueden ser divididos en paquetes mas pequeños. Se retransmiten nodo a nodo y se certifica sin están libres de errores antes de reenviarlos al nodo siguiente. Conmutador

Nota: En una red WAN pueden darse distintos tipos de tecnologías, lo que supone que, en algunos casos, una trama de datos deba dividirse todavía más, en función del paso de una red a otra. Una vez que se ha producido esta división, los paquetes no se vuelven a unir hasta el host de destino.

Ilustración 16: Circuito dedicado se consigue cuando a través de mecanismos electrónicos se crea un circuito permanente entre dos equipos.

d) Internet.

INTERNET

Internet es una red de redes, aún más, es “la red de redes”. Conecta multitud de redes, de distinta índole, tamaño, características, etc., distribuidas por todo el mundo. Las redes pueden ser públicas: institucionales, educativas, o privadas: empresariales, de ocio, etc. La conexión es posible entre redes de distintas plataformas y ambientes.

Anotaciones

Esta conexión, entre redes tan distintas, es posible porque todas utilizan el mismo protocolo de comunicación, el TCP/IP. En realidad son dos protocolos, TCP (Transmisión Control Protocol) e IP (Internet Protocol).

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores Los ordenadores se suelen comunicar usando la tecnología punto a punto, por medio de paquetes, que contienen, por un lado, la dirección del origen y el destino, y por otro, los datos a transmitir. Todo este proceso, está regido por una serie de normas incluidas en los protocolos TCP/IP. Cada ordenador está identificado inequívocamente por su dirección IP. Está constituida por cuatro números separados por puntos, de la forma 172.244.232.16 (cuatro octetos binarios). Las tramas de datos circulan por las distintas redes dirigidas por los enrutadores, hasta que llegan a la dirección de destino. Además de la dirección IP, también puede identificarse un ordenador por su nombre de dominio. Estos tienen una estructura jerárquica. Son una serie de letras separadas por puntos, de la forma cnice.mecd.es Esta forma es más fácil de recordar, ya que cada palabra entre puntos puede tener un significado.

.es .minhac Cnice www.cnice.mec.es

.mecd

.mcyt Ince www.ince.mecd.es

Entre la dirección IP y el nombre de dominio hay una relación biunívoca. De esta forma siempre que se da el nombre de un ordenador, en realidad se da su dirección IP. Ilustración 17: Estructura de nombres de dominio

Nota: Cuando al configurar una conexión a la red en un equipo introducimos el DNS primario y secundario, lo que estamos haciendo es indicarle a nuestro ordenador dónde debe pedir información para que las direcciones de Internet que escribimos en formato texto sean traducidas a direcciones IP. En definitiva, un DNS es un ordenador al que identificamos con su dirección de internet (dirección IP) que contiene una base de datos donde se asocian las direcciones IP con sus correspondientes nombres de dominio.

Anotaciones

6. Modelos conceptuales. 6.1. Introducción. Protocolos y arquitecturas de protocolos. Siempre que se pretende una comunicación del tipo que sea, se deben cumplir una serie de requisitos básicos, como son el tipo de lenguaje a utilizar, el tipo de información a transmitir, el momento, el modo, etc. Cuando dos equipos intentan establecer una comunicación deben hablar el mismo lenguaje y ponerse de acuerdo en una serie de normas. Estas normas son lo que denominamos protocolo. Protocolo es, por tanto, el conjunto de normas mutuamente aceptadas que van a regir el diálogo entre los equipos de una red. REDES EN EDUCACIÓN 2

Capítulo 1

Nota: El primer protocolo basado en conmutación de paquetes fue creado en la Universidad de Michigan en 1969. Este protocolo se denominó X.25 y permitió la comunicación entre distintos nodos del campus de esa universidad. Pero, ¿cómo se comunican dos ordenadores? Evidentemente, estamos ante un tema complejo, ya que se están poniendo en juego múltiples elementos. Pensemos, por ejemplo en el proceso que aparece desde que damos la orden en un procesador de textos para que se imprima un documento en un equipo, hasta que esa orden llega a otro PC que está compartiendo la impresora y se imprime el archivo.

Código Emisor

En principio disponemos de EMISOR que, a través de un MEDIO y empleando un CÓDIGO, envía un MENSAJE a un equipo RECEPTOR, pero, el código que van a emplear los ordenadores para comunicarse debe adaptarse al medio por el que debe circular el mensaje, por lo que se deben implementar unos elementos que codifiquen y decodifiquen la información para que pueda circular por el medio físico del que disponga esa red. La manera de solucionar este problema fue tratar de dividirlo en subproblemas más fáciles de atacar. A estos subproblemas los denominamos niveles o capas. Así, la comunicación entre ordenadores queda estructurada por niveles y forma lo que llamaríamos una arquitectura de protocolos de comunicaciones. Trabajando con estas arquitecturas, la comunicación entre máquinas era un hecho, sin embargo, uno de los problemas que se tenía al principio era que cada fabricante trabajaba con su propio protocolo, encontrándonos con redes imposibles de interconectar debido a que trabajaban con distintas arquitecturas y protocolos. Eran los modelos llamados "cerrados o propietarios". En estos casos, la comunicación entre equipos pertenecientes a redes con distintos protocolos era totalmente inviable. Evidentemente se requería una arquitectura normalizada que sirviera como estándar o modelo de referencia.

Mensaje

Receptor

Canal Feedback Ilustración 18: La comunicación entre ordenadores sigue el mismo esquema conceptual que los mecanismos de comunicación humana

Anotaciones

6.2. Modelo de referencia OSI. a) La comunicación. El modelo de referencia OSI intenta crear una estructura de manera que el problema de la comunicación entre equipos pueda ser abordado del mismo modo por todas aquellas personas encargadas de desarrollar hardware y software para una red.

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores Evidentemente, este modelo se tuvo que crear debido a la complejidad del problema y, aunque es simplemente un marco de referencia teórico, ha permitido y potenciado el extraordinario desarrollo que se está dando tanto en las LAN como en Internet.

1º ???????? Nota: El modelo de referencia OSI es un marco teórico que no se aplica realmente en la práctica ya que existen otras arquitecturas que se desarrollaron con más rapidez y que, demostrada su validez, se han implantado de forma generalizada; este es el caso de la arquitectura Internet basada en la pila de protocolos TCP/IP.

2º information is

3º 001101 011 4º 1010 0101

Cuando realizamos una llamada telefónica no nos planteamos qué está sucediendo, simplemente descolgamos el auricular, marcamos el número y hablamos. Sin embargo, bajo esta sencilla acción subyacen muchos procesos que las hacen efectivas ¿Qué sucede si cuando estamos hablando con otra persona no entendemos lo que nos ha dicho?, ¿con qué idioma nos comunicamos?, ¿si hay interferencias o se nos va la señal del móvil, cómo quedamos para seguir hablando?. Estas y otras cuestiones son las que se presentan cuando nos planteamos una comunicación entre equipos, y el modelo OSI lo que hace es establecer qué debe suceder en cada caso y quiénes se deben encargar de cada una de las funciones. Este problema ha aparecido siempre que el hombre ha deseado crear sistemas de comunicación artificiales (comunicación telegráfica, lenguaje braile, etc.) , en unos casos se ha tenido que convenir un código, pero en otros se han debido crear todos y cada uno de los elementos que participan en una acción comunicativa.

Ilustración 19: Existe comunicación cuando se emplea un lenguaje común, de ahí la necesidad de aplicar mismos protocolos de comunicación

Anotaciones

Siguiendo con nuestro símil telefónico podríamos plantearnos los siguientes puntos: 1.

Quiero ponerme en contacto con una persona y en primer lugar decido cómo lo voy a hacer, por teléfono, visitándole, enviando una carta, etc.

Esta persona con la que quiero establecer la comunicación es sueca, y no domina el español, por lo tanto debemos establecer un idioma común de comunicación, por ejemplo el inglés. También podríamos decidir si deseamos emplear una clave específica de comunicación para que nadie que esté escuchando pueda entender lo que decimos.

REDES EN EDUCACIÓN 2

Capítulo 1 3.

Todo esto lo hemos hecho sin plantearnos qué es ese timbre que suena, qué quiere decir el bip que se escucha al descolgar el teléfono. ¿Cómo sabe mi amigo que le llaman? ¿Cómo se que puedo utilizar el teléfono? Estos son también acuerdos que ya existen y que empleamos apenas sin darnos cuenta, pero que hubo que definir en la comunicación entre equipos informáticos.

A continuación me debo plantear cómo ha de ser el mensaje, en que situación se va a dar, cómo puedo localizar a la persona,... Creo una estructura del mensaje, un guión de la comunicación que quiero establecer.

Ahora procedo a marcar el número de teléfono, preguntar por la persona con la que quiero hablar, identificarla e identificarme. Comprobamos que la calidad de la comunicación es adecuada. Puede suceder que se den muchas interferencias y que necesitemos volver a ponernos en contacto, acordamos cómo hacerlo.

Estoy hablando con mi amigo y no entiendo algo que me ha dicho, le pido que me repita esa última palabra, a él le puede suceder lo mismo.

Por último, ¿cómo y dónde se transforma la voz en un impulso eléctrico?, ¿qué características debe tener?, ¿cómo debe funcionar un teléfono?, ¿cómo han de ser las conexiones?

Este proceso de comunicación es, con muchos matices y, salvando las distancias, los niveles 7 a 1 del modelo de referencia OSI. Debemos comprender que, en su momento, con la existencia de modelos propietarios era necesario la creación de un estándar común y un análisis profundo de las necesidades asociadas a la comunicación de computadoras.

Modelo Propietarios

Ilustración 20: Los modelos propietarios impedían la comunicación entre ordenadores que no estuvieran desarrollados e implementados por un mismo fabricante.

Anotaciones

6.3. Características fundamentales del modelo OSI. En el modelo de referencia OSI se pueden distinguir tres características fundamentales:

• • •

Arquitectura, en la cual se definen los aspectos básicos de los sistemas abiertos. Servicios, proporcionados por un nivel al nivel inmediatamente superior. Protocolos, es decir, la información de control transmitida entre los sistemas y los procedimientos necesarios para su interpretación.

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores a) Arquitectura OSI. Supongamos que una empresa desea modificar su funcionamiento, hacerlo más operativo y homogéneo. Se reúne un equipo de consultores expertos que, tras largas deliberaciones presenta un informe. En este documento se definen los puestos de trabajo (desde el director general hasta el último empleado), se define la estructura jerárquica de la empresa y se explica cómo han de trabajar cada uno de los distintos empleados en función del puesto que ocupa y las funciones asignadas a ese puesto (convenio).

Aplicación Presentación Sesión

Por ejemplo, los mensajeros deben llevar los paquetes y cartas de un sitio a otro de la empresa o a otras empresas, sin embargo, no trabajan con cualquier tipo de carta o paquete, estos, deben seguir unas claras normas a la hora de indicar dirección, formato etc. Además, sólo pueden recibir los paquetes de su jefe de servicio. Este, se traslada por los distintos departamentos recogiendo los paquetes, identificando los que no están bien hechos y entregando a los mensajeros aquellos que se pueden enviar. Pero, se comunica únicamente con los gerentes de cada departamento que, entre sus funciones, están la recogida de documentación que se va a enviar, para supervisarla y entregársela al jefe de servicios de mensajeros. Evidentemente, este modelo se asemeja mucho a las típicas estructuras burocráticas. La arquitectura de esta empresa la compondrían los distintos puestos de trabajo, las tareas que desempeña cada empleado y cómo presta servicio a los de rango superior. Además, explica cómo van a circular las órdenes y decisiones entre los empleados de las distintas capas. Pero, todo está pensado para que los trabajadores, sean del rango que sean, trabajen, aunque no tengan contacto directo, para cumplir las órdenes del director general de la empresa. Es decir, se ha contestado a las siguientes cuestiones:

•

¿Qué soy?

•

¿Qué hago para mi jefe?

•

¿Cómo lo tengo que hacer?

•

¿Cómo me debo comunicar?

Transporte Red Enlace Físico

Medio Físico Ilustración 21: Cada nivel se apoya en los servicios que le ofrece el nivel inferior.

Anotaciones

En la arquitectura OSI, para definir un nivel, hay que especificar qué servicios proporciona ese nivel y el protocolo o protocolos que van a utilizar las entidades de ese nivel. Las entidades son elementos activos, Hardware o Software, dentro de dicho nivel, las cuales cooperan siguiendo un diálogo que aplica las normas de un protocolo.

REDES EN EDUCACIÓN 2

Capítulo 1 Todos los niveles trabajan para dar un servicio al usuario del ordenador que desea comunicarse u obtener un servicio de otro equipo interconectado. La arquitectura OSI, divide todas las tareas en una serie de niveles que cooperan entre sí. Un nivel se sirve del inferior en tanto en cuanto este último realiza una tarea para él, pero, a su vez, este segundo nivel empleará a otro que esté en la capa inmediatamente inferior. En definitiva, cada nivel se relaciona con el inmediatamente superior e inferior mediante el concepto de interfaz, formado por un conjunto de elementos físicos y lógicos que relacionan dos niveles adyacentes. Los interfaces entre un nivel n y sus niveles adyacentes n-1 y n+1, están definidos por los servicios ofrecidos. Por ejemplo, un nivel puede ofrecer al nivel superior la traducción, a un lenguaje común, de la comunicación que se desea enviar (es su traductor), y una vez que ha efectuado su trabajo, cuenta con un nivel inmediatamente inferior que, por ejemplo, va a envolver la información ya traducida, sería su “empaquetador”. Así, gracias al trabajo de los tres niveles hemos logrado que una información que sólo podía ser identificada por una aplicación, ahora sea entendida por el resto de aplicaciones de su mismo nivel y que viaje protegida para que se conserve íntegra. Se ha mejorado la calidad de la comunicación gracias a los servicios que se han prestado unos niveles a otros.

protocolo (n+1) (n+1) protocolo entidad (n+1)

entidad (n+1) NIVEL n+1

servicio (n)

protocolo (n) entidad (n)

entidad (n) NIVEL n

servicio (n-1)

NIVEL n-1

Ilustración 22: Comunicación entre entidades del mismo nivel. Aunque no existe una comunicación física directa, las entidades de un mismo nivel se comunican directamente de forma virtual.

A su vez, para el intercambio de información entre unidades funcionales del mismo nivel, se definen un conjunto de reglas denominadas protocolos. Cada nivel pasa la petición al nivel inferior, sin embargo, la arquitectura del modelo realiza las funciones de tal manera que, aparentemente, un nivel de un ordenador se comunica directamente con el nivel similar de otro ordenador. Por ejemplo, si el director general de nuestra empresa desea enviar una carta al director general de otra, amenazándole con una OPA, la comunicación será entre los dos directores generales aunque la carta haya recorrido un largo camino de descenso y ascenso en la jerarquía de ambas empresas, puesto que nadie, en ninguna de las dos empresas, tiene capacidad para intervenir en una comunicación de tan alto nivel.

Anotaciones

Otra situación en la que podemos ejemplificar esta comunicación entre niveles sería con estos mismos directores hablando por teléfono. Realmente, su voz no se transmite directamente a la otra persona, se deben establecer una serie de servicios intermedios (nodos de comunicación, centralitas, operarios, etc.) que van pasando la información, transmitiendo la señal telefónica, para que se produzca una comunicación a distancia.

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores b) Especificación de servicios OSI. Para entablar una comunicación, cada nivel, empezando por el más alto, envía la información al nivel lindante inferior hasta llegar al nivel más bajo que accede directamente al medio físico (cable, ondas de radio, etc.) En la máquina receptora la información seguirá el camino ascendente hasta llegar al nivel superior. Cada nivel utiliza los servicios del nivel inmediatamente inferior e incorpora una serie de mecanismos que le permiten mejorar dichos servicios ofreciendo al nivel superior servicios más sofisticados. Sin embargo, un nivel no conoce la forma en que el nivel inferior ha realizado el servicio ofrecido, está diseñado para realizar una función con independencia de lo que puedan hacer los otros niveles.

Usuario Local (A)

Proveedor

Usuario Remoto (B)

solicitud indicación

respuesta

Para pensar: Dos filósofos pasean por el campo y uno le pregunta a otro -¿qué es peor, la ignorancia o la indiferencia?- Y el otro le contesta –ni lo sé ni me importa- Pues bien, este es el conocimiento que un nivel tiene de lo que hace el otro. Ellos deben cumplir con su misión y desconocen lo que hacen las capas adyacentes.

confirmación

Ilustración 23: Primitivas de servicio son comandos que permiten la comunicación entre entidades.

Un nivel solicita los servicios del nivel inferior utilizando una serie de primitivas de servicio. Un proveedor va a informar al usuario del servicio de una serie de sucesos o eventos utilizando las primitivas de servicio. Mediante la primitiva se especifica la función a realizar y con los parámetros que se pasan se transfiere la información de datos y control. Podemos comparar las primitivas de servicio con una serie de mensajes u órdenes (siempre las mismas) que se emplean para poder realizar un servicio.

Anotaciones

En el modelo OSI se utilizan cuatro tipos de primitivas:

•

solicitud, el usuario del servicio emite esta primitiva para solicitar el servicio y pasar los parámetros que permiten realizar el servicio solicitado.

•

indicación, el proveedor del servicio emite esta primitiva para informar al usuario del servicio de la acción iniciada por el proveedor o para informarle que se ha solicitado un procedimiento por el usuario del extremo de la conexión y proporcionar los parámetros necesarios.

•

respuesta, el usuario del extremo emite esta primitiva para reconocer algún procedimiento previamente solicitado por una indicación.

REDES EN EDUCACIÓN 2

Capítulo 1 •

cabecera (n)

confirmación, el proveedor del servicio emite esta primitiva para conocer o completar algún procedimiento que se ha requerido mediante una solicitud.

Quiero hacer una llamada a cobro revertido, marco el número de telefónica y SOLICITO ese servicio, informando del número con el que me quiero comunicar. La telefonista llama al teléfono que le he señalado e INDICA, que hay una llamada a cobro revertido, en mi casa le RESPONDEN que aceptan la llamada y la telefonista me CONFIRMA que ya puedo hablar.

PDU (n)

protocolo (n+1)

información de control

Opciones de servicio

Mi director general (empresa A) le pide a su secretario que le ponga en comunicación con el director de la otra empresa (empresa B), su secretario se pone en contacto con el secretario de la empresa competidora y le indica los deseos de su jefe. El secretario de la empresa B habla con su jefe, y si éste acepta, le pasa la comunicación. Los secretarios son los proveedores de servicios y los distintos mensajes que se pasan entre jefes y secretarios para establecer la comunicación serían las primitivas del servicio.

Información original del usuario

Ilustración 24: Estructura de una PDU de nivel n

La secuencia de funcionamiento de las primitivas entre el usuario y el suministrador del servicio se representa mediante la siguiente figura. Un gráfico temporal, en el cual el transcurso del tiempo se muestra de arriba abajo y donde las líneas verticales representan los SAP (Service Access Points), estos últimos son puntos por los cuales el usuario de un servicio accede a los servicios ofrecidos por el nivel inferior. Una entidad en el usuario “A” envía una petición de servicio a su nivel inferior, y éste, su proveedor, la encaminará hacia el usuario “B”. A la entidad correspondiente, del mismo nivel del cual partió la solicitud en el usuario “A”, en el usuario “B”, lo que le llega es una indicación. A su vez este utilizará la primitiva de respuesta, y lo que llegará al usuario “A” es una confirmación. Las entidades de nivel inferior hacen de intermediarios en la comunicación entre sus respectivas entidades de nivel superior.

SDU (n)

1 C

Datos 2

Ilustración 25: Segmentación de paquetes. Cuando un paquete de datos es excesivamente grande, se segmenta. Cada segmento debe poseer su propia cabecera.

Anotaciones

Los servicios pueden ser confirmados o no confirmados. En el servicio confirmado se utilizan las cuatro primitivas, en el servicio no confirmado solo se utilizan las primitivas de solicitud e indicación, es decir, no se espera la respuesta del destinatario para establecer la comunicación. Analogía: Hace apenas un par de años, Euskaltel presentó una campaña publicitaria en la que una persona empezaba a llamar a un tal Patxy a voces. Si esta persona empezara a hablar sin haber esperado la respuesta de Patxy, estaría empleando un servicio no confirmado.

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores c) Especificación de protocolos OSI. Tal como hemos descrito, la comunicación entre dos equipos se hace mediante la relación (lógica) que establecen los niveles similares de los distintos nodos. Esta relación lógica es, en definitiva, una relación de comunicación entre niveles y, para que esta comunicación se pueda producir, se han establecido una serie de normas, lo que hemos definido hasta ahora como protocolos. Así, las entidades de un mismo nivel, emplean protocolos propios. Evidentemente, el fin de esa comunicación entre niveles es la transmisión de una serie de datos que se han originado en la capa de aplicación. Esos datos, van bajando por las distintas capas donde, cada una de ellas, agrega información en su propio lenguaje (protocolo) para que, cuando esos datos lleguen a su destino, cada nivel entienda la información que recibe y se pueda comunicar con la capa del mismo rango del otro equipo. Esa información que se van pasando los distintos niveles recibe el nombre de PDU (Protocol Data Unit, Unidad de datos de protocolo) y tiene un formato similar en cada capa, una serie de datos que se reciben de la capa anterior, a la que se le añade la cabecera de la capa del nivel en el que se encuentran los datos. Esta cabecera, propia de cada nivel contiene las opciones que aporta ese nivel al proceso de comunicación. Todas las unidades de datos deben ser autocontenidas, es decir, deben llevar dirección origen y dirección destino. La estructura de una PDU se puede ver en la figura que se muestra a continuación: Una PDU de nivel n está formada por una cabecera y la SDU (Service Data Unit, unidad de datos de servicio). En la cabecera se incluye la información de control, formada por el identificador de la PDU y unos parámetros (opciones de servicio). La SDU de nivel n está compuesta de la PDU del nivel n-1, la cual a su vez está formada por las cabeceras de los niveles superiores, y los datos de usuario con los que se empezó la transmisión. A este proceso se le denomina encapsulación.

Datos

Se envían datos 7 Aplicación

C Datos

6 Presentación

C C Datos

5 Sesión

C C C Datos

4 Transporte

C C C C Datos

3 Red

C C C C C Datos

Se reciben datos Aplicación Presentación Sesión Transporte Red

2 Enlace de datos

C C C C C C Datos F

Enlace de datos

1 Física

Bits

Física

Estación A

Estación B

Ilustración 26: Circulación de datos a lo largo de las capas del modelo OSI. Cada nivel añade su propia cabecera que permitirá la comunicación con su mismo nivel de la otra estación.

Anotaciones

Del mismo modo que la información desciende por los distintos niveles hasta llegar a la capa física y los datos van siendo encapsulados sucesivamente, las capas del host de destino leen la cabecera que le envía el nivel análogo del host emisor, la eliminan y pasan el paquete de datos al nivel superior. Por regla general, y para evitar que el deterioro del paquete de datos provoque una pérdida grave de información, éste puede ser dividido, haciendo corresponder una PDU de nivel n con varias PDU de nivel n-1, operación conocida como segmentación. En el nodo receptor habrá que realizar un reensamblaje para obtener de nuevo la PDU de nivel n.

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Capítulo 1 También, se puede hacer corresponder varias PDU de nivel n con una única PDU de nivel n-1, operación conocida como bloqueo. En el nodo receptor habrá que realizar un desbloqueo para obtener de nuevo las PDU de nivel n. El modo de actuar en la comunicación entre dos nodos de una red que sigue el modelo OSI se puede describir suponiendo que tenemos un nodo emisor y otro receptor. El emisor tiene unos datos que quiere transmitir al receptor. Estos datos los pone a disposición del nivel de aplicación, este recoge los datos, les añade la información de control propia del nivel y los envía al nivel de presentación. El nivel de presentación a su vez añade otros datos de control a la PDU que le llega desde el nivel de aplicación y la nueva PDU se la entrega al nivel de sesión. Así sucesivamente hasta que se llega al nivel físico. Previamente el nivel de enlace de datos ha fragmentado la PDU en una o más tramas (dependiendo del tipo de red en que se trabaje), crea también una cola que indica el final del paquete y utiliza el método de acceso al medio para poder acceder al medio de transmisión. Estas tramas se transmiten por el hilo de cobre como un flujo de bits (variaciones en el nivel de tensión, las cuales representan unos y ceros del sistema binario). Cuando las tramas van por la red, los encaminadores usan la información de las direcciones que contienen las tramas para que estas lleguen a su destino. Es decir, descodifican el flujo de bits que se transmite por la red y abren los paquetes para identificar la dirección de destino de los datos. Una vez que han averiguado hacia dónde se dirige la información, vuelven a encapsular la información y la envían hacia la red correspondiente. En el receptor, las tramas recibidas sufren el proceso contrario, en el nivel de enlace de datos, se unen otra vez las tramas para formar de nuevo una PDU. A medida que se pasa la PDU de un nivel al inmediatamente superior, se le va quitando la información de control (que puso el emisor) correspondiente al nivel en el que se está trabajando.

7 Aplicación

Aplicación

6 Presentación

Presentación

5 Sesión

Sesión

4 Transporte

Transporte

3 Red

170.127.3.4

192.168.0.1 2 Enlace de datos

Estación A

Red 2 Router 1

Física

Física Red 1

192.168.10.3 Enlace de datos

Enalce de datos

1 Física

Red

Red 3 Router 2

Estación B

Ilustración 27: Camino seguido por un paquete de datos a través de distintas redes y niveles de red. En los host intermedios (routers) sólo se llega al nivel 3 (nivel de red) de la arquitectura OSI

Anotaciones

Para pensar: ¿Qué diferencias puede haber entre el encapsulamiento que sufren las PDU de un nivel con un juego de muñecas rusas?

d) Descripción del modelo. En 1977, la ISO (Organización Internacional para la Normalización) crea un comité para definir una arquitectura de protocolos de referencia universal: OSI (Open System Intercomunication), definido en el ISO-TC97-SC16. La norma final (ISO 7498) se publica en 1984.

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores Este modelo define las bases para el establecimiento de protocolos de comunicaciones entre sistemas informáticos abiertos. No es una arquitectura, es un estándar que define cómo hacer un software de comunicaciones descomponiendo el problema de la comunicación en 7 capas o niveles. Estos son: físico, enlace, red, transporte, sesión, presentación y aplicación. El modelo OSI explica qué se mandan dos sistemas que quieren comunicarse y las estructuras de datos utilizadas para ello. En cada nivel hay definidas unas funciones que proporcionan unos servicios típicos de dicho nivel, ya sea por hardware o por software, los cuales se llevan a cabo siguiendo un protocolo del nivel. Cada capa hace uso de las funciones del nivel inferior para realizar sus propias funciones, y a su vez, ofrece servicios al nivel superior. A través de estos niveles se consiguen todas las funciones requeridas para conectar sistemas heterogéneos. Supongamos que deseo enviar un ramo de flores a alguien. Dependo de la floristería para comprarlo y que lo forme, pero la persona encargada de la tienda debe buscar a otra persona que se encargue de recoger el ramo y llevarlo a su destinatario, y ya con su regalo, alguien debe desenvolverlo y ponerlo en agua. Se ha establecido una cadena de dependencias y servicios entre unas personas y otras. Si no hay florista no hay ramo que enviar, pero sin mensajero el ramo no llegaría nunca. Estos servicios tienen un doble sentido, cuando los datos van bajando hasta el último nivel y cuando, en el equipo receptor ascienden hasta el nivel de aplicación. El siguiente gráfico muestra el flujo de información entre capas. Veámoslo con un sencillo ejemplo: La estación A envía un mensaje de correo electrónico a la estación B. Para ello utiliza un programa de gestión de correo, Outlook Express, por ejemplo. Este programa se encuentra en el nivel de Aplicación e inmediatamente encima de él se halla el usuario. La información desciende hasta la capa física que está relacionada de manera directa con el medio de transmisión, o sea, el cableado que utiliza cada red o las ondas o infrarrojos si la red es inalámbrica. En este nivel los datos viajan por el medio en cuestión en forma de bits hasta la otra estación. Allí, la información sube hasta el nivel de aplicación donde nos encontraríamos otro programa de gestión de correo que facilita al usuario la lectura del mensaje.

Aplicación

Presentación

Sesión

Transporte

Red Enlace

Red

Red Red

Enlace

Físico

Emisor

Red

Enlace Físico

Receptor

Ilustración 28: Comunicación entre niveles: Cuando un paquete de datos se mueve en distintas redes, la comunicación entre los niveles inferiores no se hace entre el emisor y el receptor, sino que intervienen además, los distintos routers.

Anotaciones

Cada capa añade un encabezado (C = cabecera) a los datos que recibe de la capa superior antes de enviárselos a su capa inferior. En la capa de enlace de datos se ha añadido también una serie de códigos al final de la secuencia (F = final) para delimitar no sólo el comienzo sino también el final de un paquete de datos. La capa física no entiende de datos ni de códigos: únicamente envía una secuencia de bits por el medio de transmisión (un cable, el aire, un haz de luz, etc.) REDES EN EDUCACIÓN 2

Capítulo 1 En el caso de tratarse de estaciones situadas en distintas redes nos encontraríamos con máquinas que dirigen la información: los routers. Como podíamos observar en los gráficos anteriores, son las tres primeras capas de estos dispositivos los que se encargan de enrutar, o encaminar la información de una estación a otra. Sin embargo, las capas superiores son exclusivas de los nodos origen y destino. Analogía:

Gráfico nivel Físico

Los routers realizarían una función similar a la de la “Guardia Civil” llevando el tráfico por el lugar más adecuado. Llega un coche y quiere ir a su casa, sin embargo, hay atasco y el tráfico está controlado por la policía, que nos pregunta hacia dónde vamos (no se preocupan de lo que llevamos en el coche, ni qué tipo de vehículo es, ni de cuántas personas lo ocupamos), contestamos y nos dicen “sigan”, o coja la comarcal GU-231, etc. y así sucesivamente en cada cruce. Para realizar esta función, deben desempaquetar los datos hasta llegar a la PDU del nivel de red donde comprueban el destino de la información.

Paquete OSI

1011011001

Ilustración 29: Gráfico nivel físico. El nivel físico se encarga de transformar los 1 y 0 en impulsos electromagnéticos.

A medida que se van recibiendo secuencias de bits, se van pasando a las capas superiores. Cada capa elimina su encabezado antes de pasarlo a una capa superior. Obsérvese que el mensaje que envía cada capa de la estación A a su capa inferior es idéntico al que recibe la capa equivalente de la capa B desde una capa inferior. Finalmente los datos llegarán a la capa de aplicación, serán interpretados y mostrados al usuario del host B.

e) Explicación del modelo. A continuación profundizaremos un poco más en cada uno de los niveles:

•

Anotaciones

Nivel físico, se encarga de la transmisión de bits por un medio de transmisión, ya sea un medio guiado (un cable) o un medio no guiado (inalámbrico). Esta capa define el medio de transmisión y los conectores desde cuatro puntos de vista: o o o o

Mecánico: tipo de cable (de fibra óptica, cable par trenzado, enlace vía satélite...), aislante, etc... Eléctrico: voltaje que representa un 1 y el que representa un 0, frecuencia, tipo de onda, velocidad de transmisión de cada bit, etc... Funcionales: tipo de conectores, número y uso de los pines, etc... De procedimiento: secuencia de eventos por la cual cadenas de bits son intercambiadas.

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores La capa física no interpreta la información que está enviando: sólo transmite ceros y unos determinando cómo se va a producir un cero o un uno empleando para ello distintos mecanismos en función del medio por el que deba propagarse los datos. Es decir, traduce a señal eléctrica, lumínica o de radio una serie de datos que ha recibido en formato digital. Algunos protocolos de nivel físico son: RDSI, o EIA RS-232, que define la utilización de los puertos serie de los ordenadores.

•

Nivel de enlace, envía tramas de datos entre estaciones (o routers) de una misma red. Su función es conseguir que exista una transmisión fiable solventando los problemas de ruido que pueda haber en la red. Debemos pensar que la información que envía un equipo a otro puede recorrer una distancia muy pequeña o, por el contrario, debe de atravesar grandes distancias. En cualquier caso, se pueden provocar situaciones que deterioren la señal que transmite los datos (eléctrica, de radio, luz, etc.) de manera que si se enviara un flujo continuo de información y se deteriorara una pequeña parte, se perdería todo el mensaje, ya que no se llegaría a comprender. Así, se determina enviar tramas de datos (información partida en pedazos) que va acompañada de una serie de códigos para permitir saber donde empieza y termina cada porción de información y si ha llegado en correcto estado. Todo esto se hace empleando secuencias de 1 y 0 preestableciadas que son entendidas por el equipo receptor. Una secuencia permite indicar qué es el principio de la trama, otra, qué es el final y, además, se añaden otros 1 y 0 que, según sea el método de detección y control de errores serán de un tipo u otro. Pero, en cualquier caso, siempre será una secuencia completa de 1 y 0 que acompaña a la información que le ha suministrado las capas superiores y que el nivel físico transformará en un tipo de señal eléctrica, lumínica o de radio.

trama acuse de recibo (ACK)

Ilustración 30: Control de flujo. Una forma de controlar el flujo de datos para evitar la saturación de la estación receptora es el envío por parte de esta de un acuse de recibo que lleva implícito la aceptación de nuevos mensajes.

Anotaciones

Por otro lado, en el equipo receptor, el nivel de enlace recibiría del nivel físico una secuencia de 1 y 0 que debería interpretar para saber si la información llega en buen estado y donde empieza y termina cada porción de esa información para así, pasársela al nivel superior. Hagamos un juego, si repetimos rápidamente la palabra “jamón” observamos que se termina juntando y no sabemos lo que decimos,... jamónjamónjamónjamónjamónjamónjamónjamónjamónjamón monja o jamón. Sin embargo, si establecemos una clara señal a la hora de separar cada una de las palabras sabremos lo que estamos diciendo, no se mezclarán los sonidos. Además, sabremos si se nos ha quedado cortada alguna de las palabras.

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Capítulo 1 empiezojamóntermino empiezojamóntermino Otra de las funciones que realiza esta capa es la de control de flujo para evitar la saturación del equipo que recibe la información. Así, se establece el acuerdo sobre cuánta capacidad de información puede asumir el equipo receptor (se habla de ventanas a las que se da una capacidad, 1, 2, 3,...). Se puede decir que esta capa hace de guarda de circulación que controla el flujo de información que debe pasar por una calle para que no se bloquee. El sistema más sencillo es el de parada y espera, el ordenador emisor envía una trama y espera que el receptor confirme la recepción para enviar otra. En resumen, los protocolos de esta capa son responsables de delimitar las secuencias de bits que envía a la capa física, escribiendo ciertos códigos al comienzo y al final de cada trama. Ofrece la transmisión y recuperación fiable de datos, con varias funciones: Control de errores (detección/corrección), delimitación o sincronización de tramas, función de transparencia y control de flujo. El nivel anterior sólo ve bits, debemos determinar donde acaba un mensaje y comienza el siguiente (control de tramas), además se evita que haya ambigüedades en cuanto a dónde empieza y termina cada trama (función de transparencia). La información se enmarca con bits de control. Al estar todos los ordenadores interconectados, se necesita algo que regule el acceso al medio compartido (la red), es lo que se conoce como control de flujo.

testigo

MSAU

Ilustración 31: Paso testigo. Una forma de controlar el acceso al medio físico es la técnica del paso de testigo, que consiste en permitir enviar mensajes únicamente, cuando se dispone del testigo que circula por la red.

Algunos protocolos del nivel de enlace: HDLC, LAPB, LLC, LAPD, ALOHA, CSMA, PPP, RDSI, CSMA/CD y Paso testigo.

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Nivel de red, se encarga del encaminamiento de paquetes entre el origen y el destino, atravesando tantas redes intermedias como sean necesarias. Los datos se fragmentan en paquetes y cada uno de ellos se envía de forma independiente (modo datagrama). Este nivel se encarga de mandar los paquetes de información por el camino más adecuado para que llegue en el menor tiempo posible y evitando, a la vez, que las redes se lleguen a saturar. Este nivel no sólo se aplica en los host, existen unos mecanismos de interconexión (routers) que realizan también estas tareas. Serían los responsables de interconectar la información entre redes gestionando su tráfico.

Anotaciones

Aparte, este nivel, se ocupa de la conexión y desconexión de redes, su sincronización, control de flujo de la información entre redes, detección de errores de transmisión y recuperación de los errores que se puedan producir. Tarea importante del nivel de red es ocuparse de evitar la congestión, por exceso de paquetes en alguna rama de la subred.

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores Dentro de un ordenador, este nivel decide si, el mensaje que acaba de llegar, tiene como destino ese equipo y, por lo tanto, lo debe dejar pasar a los niveles superiores del sistema o debe devolverlo a la red. Su función sería similar a la de un cartero que recogiera todas las cartas que circulan y rechazara las que no van a su zona, dejando pasar las que sí estuvieran bien dirigidas. Si el nivel de red recibe una trama que no es para la máquina en que reside, no la pasará a los niveles superiores y la reenviará hacia la máquina destino.

Router

La PDU (Protocol Data Unit) del nivel de red se llama paquete o datagrama. Ejemplos de protocolos del nivel de red son: X25, Frame Relay y ATM para redes de conmutación, e IP para redes interconectadas. Esta capa ofrece como servicio, a los niveles superiores, la identificación de la procedencia y destino de los paquetes de datos, y utiliza al nivel inferior para que los organice de forma efectiva.

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Nivel de transporte, es el corazón del modelo OSI. Ofrece mecanismos fiables para el intercambio de datos de un extremo a otro, realiza servicios de detección de errores que aseguran la integridad de los datos así como los niveles de calidad de los servicios y se encarga de la multiplexación entre aplicaciones distintas.

Router

Ilustración 32: Enrutamiento. Los routers se encargan de enviar los paquetes de datos por las rutas más adecuadas de manera que se evite la congestión de la red.

Como sabemos, las tramas de datos viajan sin orden por la red, los niveles inferiores se han encargado de que circulen de la forma mejor posible, pero nada más. El nivel de transporte tiene la función de recomponer la información para que tenga sentido. Imaginemos que vamos a ver una representación teatral con todo el alumnado del centro. Disponemos de 500 coches, los alumnos vienen por clases pero en cada auto sólo caben cinco, de manera que vamos llenando los vehículos y estos van saliendo. Como circulan por una gran ciudad, cada coche coge el camino que mejor le parece en función del conductor (nivel de red), esto provoca que los coches lleguen en un orden distinto al de salida, luego en el destino, deberemos volver a colocar a cada alumno en su grupo, por orden de lista, para que, cuando debamos entrar al teatro, los alumnos ocupen el asiento que les correspondería en función de su clase y la asignación que le habíamos dado previamente. El nivel de transporte será el encargado de eliminar las tramas repetidas y ponerlas todas en el orden correcto. Se ocupará de subsanar las posibles deficiencias del nivel de red.

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Anotaciones

Capítulo 1 Realiza una conexión extremo a extremo entre los niveles de transporte de las máquinas origen y destino, es decir, solo se ven involucrados los niveles de transporte del origen y destino sin intervenir los de las máquinas intermedias. El nivel de transporte suele realizar operaciones de segmentación y multiplexación (incluir los datos pertenecientes a distintas conexiones del nivel superior por una única conexión del nivel actual). Es decir, se encarga de agrupar o separar los datos procedentes de los niveles superiores para que se obtenga una gestión más eficiente de la red. Por último, se encarga de establecer la conexión entre el host de origen y de destino, de manera que se pueda controlar todo el tráfico de la información.

Cliente Petición de conexión

Servidor

Ejemplos de protocolos ISO son: TP0, TP1, TP2, TP3 y TP4. Y ejemplos de protocolos para Internet son: TCP y UDP.

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Nivel de sesión, proporciona funciones de organización y sincronización para que las aplicaciones dialoguen entre si. El diálogo se realiza a través del uso de una conexión que se llama sesión. Son mecanismos complejos que consiguen determinar en que punto se encuentra exactamente una comunicación si ocurre un error fatal. No se suele usar, son para aplicaciones muy específicas.

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Nivel de presentación, se encarga de la presentación de los datos intercambiados entre entidades de nivel de aplicación, es decir, la sintaxis de estos datos. Actúa como un traductor de manera que, cualquiera que sea la aplicación que desea emplear los servicios de la red, los datos se traducen a un formato universal, un “esperanto” de la comunicación entre equipos informáticos. Independiza las sintaxis locales manejadas por el nivel 7 a través de una sintaxis de transferencia universal.

1º Petición de conexión 2º Conexión aceptada 3º Petición de datos 4º Manda datos 5º Petición de desconexión 6º Desconexión aceptada

Ilustración 33: El nivel de transporte se encarga de los mecanismos de apertura y cierre de conexión entre equipos.

Anotaciones

Se ocupa de los aspectos de representación de la información, por ejemplo, se ocupa del tipo de codificación de los datos previamente establecido. También se ocupa de la compresión de los datos y de su encriptación. Un ejemplo puede ser la codificación de los textos según la tabla ASCII y los números en complemento a dos.

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Nivel de aplicación, este nivel enlaza directamente con el usuario real. Son funciones de uso común para muchas aplicaciones, las cuales estarían por encima (emulación de terminales, transferencia de ficheros, correo electrónico...).

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores 6.4. Funcionamiento en una red con la pila OSI La transmisión de datos entre dos nodos de una red que sigue el modelo OSI, necesita que cada nodo tenga los mismos protocolos en cada nivel ya que de otra forma no se entenderían el emisor y el receptor. En el modelo OSI no existe una comunicación directa entre dos niveles a excepción del nivel físico. Realmente lo que hay es una relación lógica entre los niveles. Cuando la comunicación entre dos máquinas debe atravesar una o varias redes será necesario que entre dos máquinas adyacentes se comuniquen hasta el nivel de red, donde se ve la información relativa a dirección destino, sin embargo la comunicación entre emisor y receptor será extremo a extremo a partir del nivel de transporte. Es decir, en los nodos intermedios solo tienen que tratar la información los tres niveles inferiores, observando la cabecera correspondiente a su nivel y si el paquete va dirigido a ellos y viendo que no, reenviándolo al receptor. El resultado para los cuatro niveles superiores es como si hubieran recibido la información directamente desde su nivel equivalente en la máquina emisora. Por ello los niveles superiores se denominan protocolos extremo a extremo.

6.5. Otros Estándares a) Módelo IEEE Con un fin similar al que inspiró a la ISO para crear el modelo OSI, el Institute of Electrical and Electronic Engineers desarrolló una serie de estándares de comunicación de dispositivos para redes LAN y WAN de manera que se pudieran compatibilizar los productos de las distintas empresas orientados a este sector de comunicación. Así, se creó el Comité 802 que elaboró, entre otros, el estándar 802.3, siendo esta familia de protocolos la más extendida en la actualidad, afectando a los niveles físico y de enlace del modelo OSI en redes LAN.

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Nivel físico: Cumpliría exactamente las mismas funciones que se le asignan a este nivel en el modelo OSI.

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Nivel de enlace: El estandar IEEE subdivide este nivel en dos capas: o

Modelo OSI 7

Aplicación

Procesos de red a aplicaciones

Presentación

Representación de datos

Sesión

Comunicación entre hosts

Transporte

Red

Proporciona servicios de red a procesos de aplicación (como correo electrónico, transferencia de archivos y emulación de terminales)

Garantizar que los datos sean legibles para el sistema receptor. Formato de los datos. Estructuras de los datos. Negocia la sintaxis de transferencia de datos para la capa de aplicación.

Establece, administra y termina sesiones entre aplicaciones.

Conexiones de extremo a extremo

Se ocupa de aspectos de transporte entre hosts. Confiabilidad del transporte de datos. Establecer, mantener, terminar circuitos virtuales. Detección y recuperación de fallas. Control del flujo de información.

Direccionamiento y mejor ruta

Proporciona conectividad y selección de ruta entre dos sistemas finales. Dominio de enrutamiento.

2 Enlace de datos

Acceso a los medios

Transmisión binaria

Física

Permite la transferencia confiable de los datos a través e los medios. Direccionamiento físico, topología de red, notificación de errores, control de flujo.

Cables, conectores, voltajes, velocidades de datos.

Ilustración 34: Capas del modelo OSI

Anotaciones

Control de enlace lógico (LLC, Logical Link Control): Maneja los distintos tipos de servicios de comunicación.

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Capítulo 1 o

Control de acceso al medio (MAC, Media Access Control): Aporta la dirección física del equipo y las herramientas para el uso del medio.

El resto de los niveles del sistema OSI no los contempla. La IEEE es la responsable de la elaboración de la mayoría de los estándares creados hasta este momento y que están vigentes en la comunicación de ordenadores. Por ejemplo el IEEE 802.11a, 802.11b, 802.11g para comunicación inalámbrica, IEEE 802.5 para redes token ring, el IEEE 802.3u para redes fast ethernet, etc.

Aplicación

e-mail

Presentación Sesión Transporte

Nota: Debemos considerar los estándares IEEE 802.11x como la tecnología del futuro. La mayoría de las empresas están implementando dispositivos inalámbricos por su versatilidad y flexibilidad. La existencia de estos estándares está permitiendo la interoperatividad entre dispositivos de distintos fabricantes y garantiza un crecimiento futuro en sus prestaciones.

Aplicacines

Red Enlace Físico

Pila OSI

ftp

... Transporte Red Enlace Físico

Pila TCP / IP

Ilustración 35: Modelo TCP/IP. Comparativa pila TCP/IP y el modelo OSI

En este momento se están comercializando dispositivos inalámbricos bajo el estándar 902.11g que alcanzan los 54 Mhz de velocidad en la transmisión de datos. Home RF es otro estándar de tecnología inalámbrica que, por sus prestaciones, está más orientado a los usuarios domésticos.

b) Modelo de referencia TCP/IP. Internet. La arquitectura de este modelo es el resultado del desarrollo de un sistema capaz de mantenerse efectivo aún cuando estuvieran destruidos parte de los canales de comunicación. Nos encontramos con que se debe transmitir información entre computadoras de distintos fabricantes y a través de distintos medios. A la vez, se buscaba un modelo de comunicación en el que no se necesitara un control centralizado. Se puede decir que es un modelo surgido de la experiencia ya que se trata de una pila de protocolos que han configurado, posteriormente, una arquitectura.

Anotaciones

Así, se generó una arquitectura cuya función fundamental era lograr la supervivencia de la información empleando como estrategia la partición de los datos en “pedazos” de información más pequeños. Este modelo, asociados a los protocolos TCP/IP que estudiaremos más adelante, genera cuatro capas o niveles que cubren las funcionalidades de los siete niveles del modelo OSI (recordemos que la arquitectura IEEE sólo llega al nivel de enlace del modelo OSI).

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores

Si analizamos con cierto detenimiento los protocolos asociados a cada capa observamos que no hay ninguno definido para de capa de enlace de datos y físico, debido, fundamentalmente, a las premisas que originaron esta arquitectura.

En la capa de transporte se establece comunicación de extremo a extremo. Esta comunicación, dependiendo del protocolo que emplee puedes estar orientada a conexión (reservando así una ruta mientras se produce la transmisión de datos) y fiable y otra no orientada a conexión y no fiable. Esta capa se encarga de servir de intermediario entre las aplicaciones y el nivel de red y dota de fiabilidad a la comunicación que establece el nivel de red, procurando que los paquetes pasen ordenados y sin pérdidas.

Modelo Internet

Nivel de aplicación

Aplicaciones y servicios

Nivel de presentación Nivel de sesión

Capas

El nivel de red tendría como función crear datagramas de información que, siguiendo distintos caminos, deberían llegar al host de destino. Sin embargo, no se tiene en cuenta ningún mecanismo que garantice que no se va a perder ningún datagrama ni la aplicación del host de destino, pero debe evitar que se produzcan congestiones en la red.

Modelo OSI

Nivel de transporte

TCP UDP

Nivel de red

Nivel de enlace Nivel físico

Enlace de datos y físico

Por último, en la capa de aplicaciones y servicios se definen una serie de protocolos con funciones muy diversas (FTP, SNMP, http, etc.) extraídos de los programas empleados por los usuarios., se encarga de que se comuniquen las aplicaciones situadas en distintos equipos.

Anotaciones

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Capítulo 1 Ilustraciones Ilustración 1: Aula en red. Serie de ordenadores que se comunican entre sí con el fin de compartir sus recursos 3 Ilustración 2: Línea de Tiempo: Desarrollo cronológico de la 1ª Comunicación entre Ordenadores

Ilustración 3: Gráfica comparativa de velocidades de transmisión de datos entre la primera comunicación entre ordenadores y una transmisión vía MODEM. 5 Ilustración 4: Dos ordenadores pueden emplear distinto tipo de cable y tecnología para su conexión. Desde cable serie o paralelo a par trenzado, coaxial o USB, sin descartar cualquier tipo de conexión inalámbrica 6 Ilustración 5: Las redes de ordenadores permiten el acceso a recursos de un equipo desde cualquier otro, lo que facilita el trabajo colaborativo y una gestión optimizada de dichos recursos . 7 Ilustración 6: Las impresoras son los recursos que más posibilidades y mejor rendimiento ofrecen a la hora de compartirse. 8 Ilustración 7: Observamos como en ésta red existen una serie de servidores que pueden gestionar distintas aplicaciones mientras que en otras dependencias del centro existen redes de igual a igual. 9 Ilustración 8: En el modelo cliente-servidor, un equipo actúa como servidor del resto prestando, generalmente, las herramientas integradas en el sistema operativo que permiten el control y gestión de la red. 10 Ilustración 9: Los ordenadores en las redes de broadcast comparten un mismo medio por cuyo acceso y utilización compiten. 11 Ilustración 10: Un mensaje multicast es aquel que, en una red de difusión, es enviado a varios de los equipos conectados al medio compartido. 12 Ilustración 11: La multiplexación permite d aumentar la velocidad de transmisión mediante la creación de nuevos canales. 13

Anotaciones

Ilustración 12: En las redes de “igual a igual” no existe una gestión centralizada de la red y todos los equipos ofrecen y prestan servicios 14 Ilustración 13: La conmutación de paquetes permite un uso óptimo de las redes de medio compartido ya que evita el colapso del canal de comunicación. 15 Ilustración 14: Red LAN en un instituto.

Ilustración 15: Red MAN. Está compuesta por una serie de redes LAN interconectadas

Ilustración 16: Circuito dedicado se consigue cuando a través de mecanismos electrónicos se crea un circuito permanente entre dos equipos. 18 Ilustración 17: Estructura de nombres de dominio

Capítulo 1: Introducción a las redes de ordenadores Ilustración 18: La comunicación entre ordenadores sigue el mismo esquema conceptual que los mecanismos de comunicación humana 20 Ilustración 19: Existe comunicación cuando se emplea un lenguaje común, de ahí la necesidad de aplicar mismos protocolos de comunicación 21 Ilustración 20: Los modelos propietarios impedían la comunicación entre ordenadores que no estuvieran desarrollados e implementados por un mismo fabricante. 22 Ilustración 21: Cada nivel se apoya en los servicios que le ofrece el nivel inferior.

Ilustración 22: Comunicación entre entidades del mismo nivel. Aunque no existe una comunicación física directa, las entidades de un mismo nivel se comunican directamente de forma virtual. 24 Ilustración 23: Primitivas de servicio son comandos que permiten la comunicación entre entidades.

Ilustración 24: Estructura de una PDU de nivel n

Ilustración 25: Segmentación de paquetes. Cuando un paquete de datos es excesivamente grande, se segmenta. Cada segmento debe poseer su propia cabecera. 26 Ilustración 26: Circulación de datos a lo largo de las capas del modelo OSI. Cada nivel añade su propia cabecera que permitirá la comunicación con su mismo nivel de la otra estación. 27 Ilustración 27: Camino seguido por un paquete de datos a través de distintas redes y niveles de red. En los host intermedios (routers) sólo se llega al nivel 3 (nivel de red) de la arquitectura OSI 28 Ilustración 28: Comunicación entre niveles: Cuando un paquete de datos se mueve en distintas redes, la comunicación entre los niveles inferiores no se hace entre el emisor y el receptor, sino que intervienen además, los distintos routers. 29 Ilustración 29: Gráfico nivel físico. El nivel físico se encarga de transformar los 1 y 0 en impulsos electromagnéticos. 30 Ilustración 30: Control de flujo. Una forma de controlar el flujo de datos para evitar la saturación de la estación receptora es el envío por parte de esta de un acuse de recibo que lleva implícito la aceptación de nuevos mensajes. 31 Ilustración 31: Paso testigo. Una forma de controlar el acceso al medio físico es la técnica del paso de testigo, que consiste en permitir enviar mensajes únicamente, cuando se dispone del testigo que circula por la red. 32

Anotaciones

Ilustración 32: Enrutamiento. Los routers se encargan de enviar los paquetes de datos por las rutas más adecuadas de manera que se evite la congestión de la red. 33 Ilustración 33: El nivel de transporte se encarga de los mecanismos de apertura y cierre de conexión entre equipos. 34 Ilustración 34: Capas del modelo OSI

Ilustración 35: Modelo TCP/IP. Comparativa pila TCP/IP y el modelo OSI

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